Архив рубрики: солнце ветер вода

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор — устройство для сбора энергии излучения Солнца в видимом и инфракрасном спектре.

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбент ом; он соединен с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент обычно выполняется из закаленного стекла с пониженным содержанием металлов. При отсутствии отбора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагревать воду до 190-200 ° C. Чем больше энергии излучения передается теплоносителю, протекает в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить ее можно, применяя специальное оптическое покрытие, которое не излучает тепла в инфракрасном спектре. Стандартным способом повышения эффективности коллектора стало применение абсорбента из листовой меди из-за ее высокой теплопроводностью.
220px-Sokola

Вакуумный солнечный коллектор

Возможно повышение температуры теплоносителя до 250-300 ° C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счет уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума. Фактически солнечная тепловая труба похожа по строению с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливает солнечную энергию. Между внешней и внутренней трубками находится вакуум. Именно Ваккумный прослойка дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии. Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При облучении установки солнечным светом, жидкость, находящаяся в нижней части трубки, нагреваясь превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору. 220px-Vakuumroehrenkollektor_01Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких температур и слабой освещенности. Современные бытовые солнечные коллекторы способны нагревать воду до температуры кипения даже при отрицательной окружающей температуре.

Солнечные коллекторы-концентраторы

Повышение эксплуатационных температур до 120-250 ° C возможно путем введения в солнечные коллекторы концентраторов с помощью параболоцилиндрическим отражателей, проложенных под поглощающими элементами. Для получения более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.

Параболические концентраторы

Параболические концентраторы имеют форму спутниковой тарелки. Параболический рефлектор управляется по двум координатам при слежении за солнцем. Энергия солнца фокусируется на небольшой площади. Зеркала отражают около 92% падающего на них солнечного излучения. В фокусе отражателя на кронштейне закреплен двигатель Стирлинга, или фотоэлектрические элементы. Двигатель Стирлинга располагается таким образом, чтобы область нагрева находилась в фокусе отражателя. В качестве рабочего тела двигателя Стирлинга используется, как правило, водород, или гелий.

В феврале 2 008 года Национальная лаборатория «Sandia» достигла эффективности 31,25% в установке, состоящей из параболического концентратора и двигателя Стирлинга.

В настоящее время строятся установки с параболическими концентраторами мощностью 9-25 кВт. Разрабатываются бытовые установки мощностью 3 кВт. КПД подобных систем около 22-24%, что выше, чем в фотоэлектрических элементов. Коллекторы производятся из обычных материалов: сталь, медь, алюминий и т. Д. Без использования кремния «солнечного чистоты». В металлургии используется так называемый «металлургический кремний» чистотой 98%. Для производства фотоэлектрических элементов используется кремний «солнечной чистоты», или «солнечной градации» с чистотой 99,9999%.

В 2 001 году стоимость электроэнергии, полученной в солнечных коллекторах составляла $ 0,09-0,12 за кВт · ч. Департамент энергетики США прогнозирует, что стоимость электроэнергии, производимой солнечными концентраторами снизится до $ 0,04-0,05 в 2015 — 2020 году.

Компания «Stirling Solar Energy» разрабатывает солнечные коллекторы крупных размеров — до 150 кВт с двигателями Стирлинга. Компания строит в южной Калифорнии крупнейшую в мире солнечную электростанцию. К 2010 году будет построено 20 000 параболических коллекторов диаметром 11 метров. Суммарная мощность электростанции может быть увеличена до 850 МВт.

Циклы солнечной активности

Циклы солнечной активности — это периодические процессы появления и развития на Солнце активных областей, характеризующихся выходом на поверхность сильных магнитных полей. 220px-Solar-cycle-data Циклы солнечной активности — периодическая 11-летняя активизация в солнечной атмосфере с возникновением повышенного количества пятен, факелов, вспышек, протуберанцев и повышение их энергии. Некоторые исследователи предполагают влияние активности Солнца на перемещение в земной коре, землетрясения, вулканизм и тому подобное. Комплексные исследования солнечно-земных связей проводятся в рамках международных исследований (Международный геофизический год и др.).

Солнечный цикл охватывает весь диск Солнца и может быть прослежен по многим явлениям в фотосфере, хромосфере и короне Солнца. Однако наиболее наглядное проявление Солнечного цикла — изменение с периодом около 11,2 лет числа солнечных пятен, входящих в состав активных областей.

В середине 19 века швейцарский астроном Рудольф Вольф предложил характеризовать состояние солнечной активности относительными числами пятен (названных впоследствии числами Вольфа) W = 10g + f, где g — количество групп пятен, f — общее количество всех пятен, которые есть в данный момент на диске Солнца .

Solar_Cycle_PredictionСолнечной активности характеризуют также суммарной площадью пятен, потоком радиоизлучения в сантиметровом диапазоне волн и др. В начале 11-летнего цикла, после минимума W, пятна появляются достаточно далеко от солнечного экватора, на широтах около 30 °. В течение цикла зона пятен спускается к экватору до 15 ° в максимуме W и до 8 ° в следующем минимуме. Далее на высоких широтах 30 ° образуются пятна нового цикла. Эти закономерности относятся и активных областей в целом. Обычно пятна встречаются не в одиночку, а группами, в которых они концентрируються преимущественно вокруг двух — ведущей (западной) и замыкающей (восточной) пятен. Чаще всего магнитные поля ведущей и замыкающей пятен имеют разную полярность (N и S), причем структура активной области над ними показывает, что силовые линии поля как бы выходят из одного пятна и входят в другую.

В течение одного цикла все ведущие пятна в Северном полушарии имеют одну полярность, а в Южной — другую. В следующем цикле все полярности меняются на обратные. Полярные магнитные поля Солнца достигают максимальной, напряженности (1 Е) у минимума цикла и исчезают, меняя знак у полюсов в эпохи максимумов 11-летних циклов. Возвращение к одной и той же магнитной ситуации — определенной полярности ведущих пятен в выбранной полушария, определенного знака поля у выбранного полюса происходит только через 22 года, причем первым из входящих в пару 11-летних циклов являеться цикл с четным номером (нулевой номер присвоенный цикла, максимум которого был около 1750 года). Существует отставание по фазе явлений в полярных областях Солнца и на низких широтах. Это приводит к отставанию примерно на 5 лет от максимума цикла ряда солнечных и геофизических явлений, связанных с высокоширотным магнитным полем Солнца. Величина периода цикла 11,2 года (промежуток времени между соседними минимумами или максимумами) носит статистический характер; пятна цикла появляются в течение 12-15 лет, период роста активности равен 4,2 года, спада — 7 годам. Относительная интенсивность 11-летних циклов, очевидно, меняется с периодом 80 лет.

Солнце-звезда. Солнечная энергия

Солнце (лат. Sol) — звезда, которая является центром Солнечной системы, типичная звезда главной последовательности спектрального класса G2. Оно почти идеально круглое и представляет собой горячую плазму, сплетенную магнитными полями. При диаметре примерно 1.3 млн км, что в 109 раз больше, чем земной, имеет массу около 2 × десять 30 кг, что больше земного примерно в 330 000 раз. Источником энергии Солнца является термоядерные реакции в его ядре. Земля и семь других планет вращаются вокруг Солнца. Кроме них, вокруг Солнца вращаются кометы, астероиды, метеороиды, космическая пыль и другие мелкие объекты. Масса Солнца составляет 99,866% от общей массы всей Солнечной системы. YohkohimageСолнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (фотоны необходимы для начальных стадий процесса фотосинтеза) и определяет климат нашей планеты. Солнце состоит из водорода (~ 73% от массы и ~ 92% от объема), гелия (~ 25% от массы и ~ 7% от объема) и других элементов с меньшей концентрацией (менее 2% от массы) Средняя плотность Солнца составляет 1400 кг / м³. Температура поверхности Солнца составляет около 6000 К. Солнце светит почти белым светом, но из-за сильнее рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает определенный желтого оттенка. Если небо ясное, то голубой оттенок рассеянного света состоит из желтоватым прямым солнечным светом и общее освещение объектов на Земле становится белым.

Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей Галактике насчитывается более 100 млрд звезд. При этом 85% звезд нашей галактики — это звезды, меньше Солнца (в основном — красные карлики). Как и все звезды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путем термоядерного синтеза. У Солнца большая часть энергии производится при синтезе гелия из водорода.

Расстояние Солнца от Земли — около 149 600 000 км, примерно равна астрономической единицы, а видимый угловой диаметр, как и у Луны — не более полградуса (31-32 минут). Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра «Млечного Пути» и вращается вокруг него с периодом около 220 млн лет

     Общие характеристики и химический состав Солнца

Солнце — центральное и массивные тело Солнечной системы. Его масса приблизительно в 333 000 раз больше массы Земли и в 750 раз превышает массу всех других планет, вместе взятых. Солнце — мощный источник энергии, которую оно постоянно излучает во всех участках спектра электромагнитных волн — от рентгеновских и ультрафиолетовых лучей до радиоволн. Это излучение сильно влияет на все тела Солнечной системы: нагревает их, сказывается на атмосферах планет, дает свет и тепло, необходимые для жизни на Земле.

     Спектральный класс Солнца

В то же время Солнце — ближайшая к нам звезда, в которой, в отличие от всех других звезд, можно наблюдать диск, и с помощью телескопа изучать на нем мелкие детали, размером до нескольких сотен километров. Это типичная звезда, поэтому ее изучение помогает понять природу звезд вообще. По звездной классификации Солнце имеет спектральный класс G2V. В популярной литературе Солнце довольно часто классифицируют как желтый карлик.

       Диаметр

Видимый угловой диаметр Солнца несколько меняется через эллиптичность орбиты Земли. В среднем он составляет около 32 «или 1/107 радиана, то есть диаметр Солнца равен 1/107 а.е., или примерно 1400000 км. Согласно последним наблюдениям НАСА, радиус Солнца составляет 696 342 км с погрешностью 65 км [16].

   Химический состав

Химический состав (по количеству атомов) определены по анализу солнечного спектра:

водород составляет около 90%,
гелий — 9,88%,
другие элементы — порядка 0,1%, в том числе: на 1 млн атомов водорода приходится 851 атомов кислорода, 398 углерода, 123 неона, 100 азота, 47 железа, 38 магния, 35 кремния, 16 серы, 4 аргона, 3 алюминия, по 2 атомы никеля, натрия и кальция, а также совсем немного всех остальных элементов.
Вещество Солнца очень ионизированная, то есть атомы потеряли свои внешние электроны и вместе с ними стали свободными частицами ионизированного газа — плазмы.

   Плотность и температура

Средняя плотность солнечного вещества ρ ≈ 1400 кг / м³. Это значение близко к плотности воды и в 1000 раз больше плотности воздуха у поверхности Земли. Во внешних слоях Солнца плотность в миллионы раз меньше, а в центре — в 100 раз больше средней.

Вычисления, которые учитывают рост плотности и температуры к центру, показывают, что в центре Солнца плотность составляет около 1,5 × 10 пять кг / м³, давление — около 2 × 10 18 Па, а температура — около 15000000 К.

При такой температуре ядра атомов водорода (протоны и дейтроны) имеют очень большие скорости (сотни км / с) и могут приближаться друг к другу, несмотря на действие электростатической силы отталкивания. Некоторые столкновения заканчиваются ядерными реакциями, в результате которых из водорода образуется гелий и высвобождается значительное количество энергии, превращается в тепло. Эти реакции являются источником энергии Солнца на современном этапе его эволюции. Вследствие этого количество гелия в центральной части светила постепенно увеличивается, а водорода — уменьшается.

Поток энергии, возникающей в недрах Солнца, передается во внешние слои и распределяется на все большую площадь. Вследствие этого температура солнечной плазмы снижается с удалением от центра. В зависимости от температуры и характера процессов, которой определяются, Солнце можно условно разделить на 4 части:

внутренняя, центральная часть (ядро), где давление и температура обеспечивают ход ядерных реакций; она простирается от центра на расстояние примерно 1/3 радиуса
лучистая зона (расстояние от 1/3 до 2/3 радиуса), в которой энергия передается наружу результате последовательного поглощения и излучения квантов электромагнитной энергии;
конвективная зона — от верхней части «лучистой» зоны почти до видимой поверхности Солнца. Здесь температура быстро уменьшается с приближением к видимой поверхности светила, вследствие чего увеличивается концентрация нейтральных атомов, вещество становится более прозрачной, лучистое переноса становится менее эффективным и тепло передается преимущественно путем перемешивания вещества (конвекция), подобно кипения жидкости в сосуде, который подогревается снизу;
солнечная атмосфера, которая начинается сразу за конвективной зоной и выходит далеко за пределы видимого диска Солнца. Нижний слой атмосферы — фотосфера, тонкий слой газов, который мы воспринимаем как поверхность Солнца. Верхних слоев атмосферы непосредственно (хромосферы и короны) не видно из-за значительной разреженности, их можно наблюдать или во время полных солнечных затмений, либо с помощью специальных приборов.

История развития солнечной энергетики в 30-40 года

Первые эксперименты по использованию солнечной энергии непосредственно для бытовых целей были сделаны между 1920 и 1940 гг. Александр Макнейледж в Калифорнии сконструировал здание с плоским солнечным коллектором для нагревания воды и воздуха. («Замок Скотти» в Долине Смерти, 1922—1929 гг.).

Новый рисунокВ 1931 г. опубликовал свой проект немецкий архитектор Мар­тин Вагнер. Стеклянная рубашка защищала наружные стены от непогоды, создавалось пространство, которое уменьшало потерю тепла и использовало проникающую в него солнечную радиацию.

Большинство солнечных домов тех лет (например, Г. Ф. Кек, Иллиновский технологический институт, 1940 г.; Ф. В. Хатчинсон Пардю, университет в Индиане, 1945 г.) были далеки от «солнеч­ного дома» сегодняшнего дня, так как ограничивались большим остеклением с южной стороны. Этого было, конечно, недостаточ­но, так как в теплые солнечные дни в доме было слишком жарко, а в пасмурные холодные — слишком холодно. Зимой для них тре­бовалось даже больше топлива, чем для других типов домов. Проблема накопления тепла так и не была решена.

Между 1930 и 1940 гг. снова стали уделять внимание оздоро­вительным свойствам солнечных лучей. Для борьбы с туберкуле­зом во многих странах, в основном Швейцарии, строились здания с большими окнами. Все современные архитекторы рассматрива­ют солнце как наиболее важный фактор, оказывающий влияние на архитектуру дома. В 1939 г. был построен первый «солнечный дом», Массачусетского технологического института (MIT, рабо­чая группа под руководством Дж. Хоттела и Б. боертца).

Первое большое здание, снабженное солнечными генератора­ми теплой воды, было построено во Флориде в 1939 г. (Эдисон Курт Экстенсионз). Солнечные коллекторы были выполнены из стали с двойным остеклением и ровными овальными трубами из меди. Вода нагревалась до 83° С в течение нескольких часов. Первый солнечный коллектор, пущенный в производство, был сделан фирмой «Пан Америкэн Солар Хитэ Инк».

 

РАЗВИТИЕ ИССЛЕДОВАНИИ В ОБЛАСТИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПОСЛЕ 1945 Г.

В Калифорнии, Флориде, Техасе и Аризоне использование солнечных нагревательных приборов было уже широко распрост­ранено с 1940 г. В 1948 г. Телкес, Раймонд, Пибоди в Дувре (штат Массачусетс, США) построили первый «солнечный дом», в кото­ром 80% тепловых потребностей обеспечивалось солнечной энер­гией.

После 1945 г. исследования в области солнечной энергии по­лучили новый подъем из-за появившихся трудностей в энергети­ческом снабжении. Почти во всем мире ученые и неспециалисты поняли огромное значение солнечной энергии[1]. Многие большие и малые промышленные фирмы во всех частях света финансиро­вали эти исследования2. После 1950 г. американскими универси­тетами и исследовательскими институтами[2] был организован пер­вый большой симпозиум, посвященный проблемам использова­ния солнечной энергии.

В октябре 1954 г. ЮНЕСКО и индийское правительство орга­низовали первую международную конференцию, которая была посвящена исключительно солнечной энергии и энергии ветра.

В октябре 1955 г. в Финиксе, штат Аризона (США) была ос­нована ассоциация по использованию солнечной энергии, в это же время были устроены международный симпозиум и первая выставка солнечной энергетической техники. Тысячи ученых из 36 стран приняли участие в этом мероприятии, экспонировалось около 80 изобретений.

В 1956 г. появился первый журнал, посвященный проблемам солнечной энергии, — «Солнце за работой». Год спустя начал вы­ходить журнал «Наука и техника солнечной энергии».

Интенсивная исследовательская работа привела к целому ря­ду практических результатов. В Америке, СССР, Японии и Фран­ции были построены солнечные установки и плавильные печи.

Во многих странах, таких, как Япония, Австралия, Израиль, Кипр, а также в Южной Африке солнечные водонагреватели ста­ли обычным явлением. Все чаще можно услышать о домах, ко­торые отапливаются и кондиционируются с помощью солнечной энергии.

 Технологический институт в Массачусетсе, университет в Юте, универ­ситет в Миннесоте, институт им. Бателлы, университет в Калифорнии, Акаде­мия наук в Огайо, университет в Висконсине, Стэнфордский институт, универ- систет в Аризоне, университет во Флориде, Фордхамский университет, Гар­вардский университет.

РОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Первый совет архитекторам по использованию солнца был дан греческим историком Ксенофонтом (430—354 гг. до н. э.): «Мы должны строить южный фасад домов выше, чтобы поймать зимнее солнце». Первые теоретические предпосылки использова­ния солнечной энергии появились в трудах греческого математика Евклида (около 300 г. до н. э.), работающего в Академии Пла­тона в Александрии, который вывел теорему сферического отражения. Но величайшим из древних солнечных инженеров был Архимед (287—212 гг. до н. э.), чьи исследования в области сол­нечной энергии имели не только теоретические, но и важные практические результаты.

Посредством вогнутых зеркал, фокус которых благодаря очень небольшому искривлению был на рас­стоянии нескольких сотен метров, он смог зажечь корабли рим­ского полководца Марка Клавдия Марцелла во время двухлет­ней осады столицы Сицилии города Сиракузы. Таким же образом Прокл в 514 г. н. э. уничтожил флот готов в Константинополе.

Новый рисунок

Рис. 9. «•Концепция солнечных домов»

Сократа

J — солнечное излучение с южной стороны ле­том; 2 — солнечное излучение с южной сторо­ны зимой; 3 — крытая терраса; 4 — общая ком­ната; 5— кладовая в качестве термической за­щитной зоны; 6 — стеиа с теплоизоляцией с се­верной стороны

Возможности этого технического достижения с тех пор дока­зывались много раз: например, Дж. Л. Бюффон зажег дерево на расстоянии 60 м; Нерон в Александрии (около 100 г. н. э.) так­же применял «сжигающие зеркала»; известно также, что и после Плутарха (около 50—125 гг. н. э.) существовали «сжигающие зеркала», которые зажгли священный огонь храма Весты в древ­нем Риме.

Арабы уже знали, что обыкновенное стекло имеет свойство концентрировать солнечное тепло, и после завоевания Египта освоили его производство, которое процветало долгое время. Скоро они сделали стеклянные сосуды (реторты) для опреснения воды солнечными лучами. Примитивные сферические стекла были найдены в руинах Ниневии в Месопотамии. В Европе про­блема солнечного тепла снова стала актуальной после изобрете­ния оптического стекла Галилеем (1564—1642 гг.). В 1615 г. во Франции инженер Саломон де Ко (1576—1626 гг.) описал в своей работе «Raison des forces mouvants» водоподъемные машины, действующие с помощью солнечного тепла, которые он назвал «вечным фонтаном».

Новый рисунок
Многие ученые изобретали и строили различные машины и механизмы с линзами и зеркалами, которые приводились в действие с помощью солнечной энергии.
Швейцарский фйзик де Сосур (1740—1799) из Женевы по¬строил первую систему аккумуляции солнечного тепла. Он установил пять слоев стекла таким образом, что каждый из них отделялся от соседнего воздушной прослойкой. Воздух между стекла¬ми от слоя к слою основательно нагревался и таким образом достигал температуры 87,5° С. Современные поверхностные кол¬лекторы работают на этом же принципе. В 1872 г. в пустыне на севере Чили была построена солнечная опреснительная установка, которая производила в день 27 тыс. л питьевой воды. Но XIX в. был в основном веком силовых солнечных машин. Первые современные машины принадлежат французу Августу Бернарду Мушо. 22 сентября 1864 г. около г. Алжира он пустил свою установку в действие. Эта огромная машина имела зеркало 5 м диаметром и насос, нагнетающий 2,5 т воды в минуту.
В 1878 г. на Всемирной выставке в Париже проф. Мушо представил другую солнечную машину, приводившую в движение пресс для печатания газет (рис. 11). Он также опубликовал кни¬гу о солнечной энергии «Солнечное тепло и его промышленное применение». Приблизительно в это же время американец Джон Эриксон (1803—1889 гг.) построил небольшую, в 2,5 л, е., маши¬ну; он же 10 лет работал над проектом силовой солнечной стан¬ции, которая, к сожалению, так и не была построена.

ПРОГРЕСС НАЧАЛА 1900-Х ГОДОВ

С 1902 по 1908 г. X. Е. Уилси и Джон Бой-ль построили в Ка¬лифорнии солнечные машины мощностью 6 и 20 л. с. В 1901 г. А. Г. Анеас построил маши¬ну мощностью 15 л. е.; в этом же году была пост¬роена знаменитая солнечная паровая установка в Пасадене. В 1911 г. Франк Шуман.

Первые эксперименты по использованию солнечной энергии непосредственно для бытовых целей были сделаны между 1920 и 1940 гг. Александр Макнейледж в Калифорнии сконструировал здание с плоским солнечным коллектором для нагревания воды и воздуха. («Замок Скотти» в Долине Смерти, 1922—1929 гг.).

В 1931 г. опубликовал свой проект немецкий архитектор Мар­тин Вагнер. Стеклянная рубашка защищала наружные стены от непогоды, создавалось пространство, которое уменьшало потерю тепла и использовало проникающую в него солнечную радиацию.

Большинство солнечных домов тех лет (например, Г. Ф. Кек, Иллиновский технологический институт, 1940 г.; Ф. В. Хатчинсон Пардю, университет в Индиане, 1945 г.) были далеки от «солнеч­ного дома» сегодняшнего дня, так как ограничивались большим остеклением с южной стороны. Этого было, конечно, недостаточ­но, так как в теплые солнечные дни в доме было слишком жарко, а в пасмурные холодные — слишком холодно. Зимой для них тре­бовалось даже больше топлива, чем для других типов домов. Проблема накопления тепла так и не была решена.

Новый рисунок

Между 1930 и 1940 гг. снова стали уделять внимание оздоро­вительным свойствам солнечных лучей. Для борьбы с туберкуле­зом во многих странах, в основном Швейцарии, строились здания с большими окнами. Все современные архитекторы рассматрива­ют солнце как наиболее важный фактор, оказывающий влияние на архитектуру дома. В 1939 г. был построен первый «солнечный дом», Массачусетского технологического института (MIT, рабо­чая группа под руководством Дж. Хоттела и Б. боертца).

Первое большое здание, снабженное солнечными генератора­ми теплой воды, было построено во Флориде в 1939 г. (Эдисон Курт Экстенсионз). Солнечные коллекторы были выполнены из стали с двойным остеклением и ровными овальными трубами из меди. Вода нагревалась до 83° С в течение нескольких часов. Первый солнечный коллектор, пущенный в производство, был сделан фирмой «Пан Америкэн Солар Хитэ Инк».

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

 

Просто цифры мало что значат для неспециалиста. Однако если мы рассмотрим их в денежном выражении, они приобретут вполне реальное значение.

Возьмем город в Великобритании, который имеет определен­ное законодательство, например Лондон. Какую стоимость энер­гии в деньгах посылает солнце на 100 м2 крыши типичного анг­лийского дома? Лондон получает в течение года в среднем

ТАБЛИЦА 7. СРЕДНЕЕ значение ПОЛНОЙ радиации, ККАЛ/м* в час, для обращенной на юг ПОВЕРХНОСТИ КАК функция от времени года и времени дня в клотене (цюрих) между 1963 и 1972 гг., 50% случаев (П. ВАЛКО. сосновная информация для использования солнечной энергии». симпозиум рюшмикон. 1974).

В скобках даны некоторые значения для лондона (по данным английской секции международного общест­ВА солнечной энергии.)

Время Январь Февраль Март

А

5

о.

« Июнь А gS Ено £ Сентябрь Ла. >о се

А

Си «

о;

Декабрь

С <

1 * <5

о Я

04—05 0 0 0(0)

0

15 25 (12) 24 11 0(0) 0

0

0(0)
05—06 0 0 И (0,85)

24

35 46 (53) 47 26 14(3,4) 0

0

0(0)
06—07 0 11 30(11)

46

57 67(125] 75 51 38 (22) 18

И

0(0)
07—08 9 29 81 (46)

95

86 94 (210) 121 100 97 (72) 65

22

5(0)
08—09 51 113 162(107)

174

171 158 (295) 202 197 190(145) 135

41

32 (8,5)
09—10 120 201 267(173)

242

260 251 (365) 307 292 294 (220) 193

74

104 (25)
10—11 189 256 350 (227)

315

330 344(412) 393 374 416(281) 257

119

160 (53)
11—12 214 266 393(258)

365

339 381 (440) 433 425 502 (319) 369

147

201 (76)
12—13 248 313 419 (266)

351

369 404 (444) 442 437 532(326) 445

167

202(80)
13—14 214 333 380 (251)

327

362 343 (424) 408 395 490 (310) 434

151

186 (59)
14—15 148 255 301 (214)

262

294 373 (391) 338 338 392 (273) 337

128

123 (55)
15—16 64 135 194(162)

187

191 180(339) 232 234 273(214) 196

64

53(21)
16—17 10 31 96(100)

112

120 112 (269) 132 138 142(147) 65

21

5(1)
17—18 0 10 31(41)

50

65 73(196) 87 62 43 (72) 18

0

0(0)
18—19 0 0 11(7)

25

37 53(124) 57 28 13(17) 0

0

0(0)
19—20 0 0 0(0)

0

17 27 (0) 22 13 0(0) 0

0

0(0)

 

Новый рисунок

Из приведенных цифр можно заключить, что поток энергии Солнца на Землю имеет исключительно важное значение. По¬мимо энергии, излучение Солнца обладает многими важными качествами, которые уже известны, но некоторые из них еще не исследованы. Какое наиболее важное естественное действие Солнца на Землю? Трудно выбрать самое главное, так как можно сказать, что все исходит от Солнца, например, наш относительно теплый климат в сравнении с холодом космоса, ветер, движение миллиардов тонн воды в виде дождя, фотосинтез деревьев, океанские течения и многое другое.

Какую техническую пользу можно извлечь из солнечной энергии?

Возможности различны для теплого и холодного климата. Для территорий, расположенных до 40° с. ш., доступно большое и довольно регулярное количество тепла. В этих районах использование солнечной энергии уже широко распространено. В Японии, например, работает несколько миллионов отопительных систем, нагреваемых солнцем. В Австралии, США (Флорида), Израиле широко используются различные солнечные установки. Было доказано, что и в северных широтах, между 45° и 55° с. ш., такие установки возможны и экономически выгодны. В Валла- сей, около Ливерпуля (53° с. ш.), школа обогревается солнечной энергией с 1960 г. (см. 9.2). Во Франции дома, обогреваемые солнцем, существуют уже много лет, например один из них в Шо- венси-ле-Шато, расположенном около 49° с. ш. (см. 9.3). В Швей¬царии такие дома можно встретить в Гренхене, Клотене, Берне и других местах.
В Цюрихе зарегистрировано в год в среднем 1693 ч солнечного света. Это обеспечивает ежегодно энергию в 1160 кВт-ч со средней мощностью 655 Вт для каждого квадратного метра горизонтальной поверхности.
Возможности использования солнечной энергии очень различны. В жарких странах, где обычно много солнца, но мало воды, построены опреснительные установки, действующие на солнечной энергии (например, в Бари, в Южной Италии).
В районах пустыни на солнечной энергии работают водяные насосы (Чингетти, Мавритания). Для научных целей на солнечной энергии построены печи, температура в которых достигает 4000° С (Одейло, Южная Франция).
Электрическая энергия также может вырабатываться солнцем, но из-за высокой стоимости производства это пока не экономично. Существует уже много видов приспособлений (котлы, радио, телефоны, часы), которые приводятся в действие солнечной энергией.
В Центральной Европе около 50% всей энергии используется для отопления помещений и горячего водоснабжения. Если хотя бы частично удовлетворять эти потребности за счет солнечнойэнергии, можно за год сэкономить несколько миллионов тонн нефти.
Мы сознаем все недостатки солнечной энергии: нерегулярность поступления, огромное рассеивание, что делает необходимым сравнительно большую поглощающую поверхность и, наконец, трудности, связанные с проблемой аккумулирования. Однако список преимуществ также велик: использование солнечной энер¬гии не приводит к загрязнению окружающей среды; солнечные коллекторы могут быть построены всюду без всяких распредели¬тельных систем; энергия эта доступна практически везде.
Важность этих преимуществ уже общеизвестна. Во всем мире ученые, политики и бизнесмены пытаются воспользоваться огром¬ными возможностями, которые им предоставляет Солнце.

ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИИ В ОБЛАСТИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Солнце создало биологическую основу человеческого сущест­вования, и культ Солнца был, вероятно, первой религией. Как и во многих древних цивилизациях, в Древнем Египте Солнце было основой религиозных верований. Бог Солнца Амон-Ра считался повелителем страны, а фараон — сыном Солнца и пользо­вался наивысшими почестями. Индийский бог Солнца, «дарую­щий жизнь», каждое утро будил Вселенную для новой жизни. В Древней Греции бог Солнца Гелиос был символом света, тепла, жизненной силы и изобилия. Его имя носил город Гелиополис.

У древних инков культ Солнца также был основой религии. Вожди племен почитались как наследники бога Солнца. Боль­шая роль принадлежит богу Солнца в историческом развитии Японии, широкое распространение он нашел в мифологии других стран.

Во многих частях света были сооружены храмы в честь бога Солнца, например, в Гизе, Теотихуакане, Родосе и других местах. Сократ (469—399 гг. до н. э.) выдвинул идею «Солнечного дома», который функционально отличался от мегарона. В нем макси­мально использовалось зимнее солнце и полностью исключалось прямое попадание солнечного света с южной стороны летом.

Воздушное отопление.Солнечное тепло

Солнечный нагрев воздуха является солнечная тепловая технология, в которой энергия от солнца, солнечную инсоляцию , захватывается поглощающей среде и используется для нагрева воздуха. Солнечного нагрева воздуха возобновляемых источников энергии отопительной техники используются для воздушных тепловых или условие зданий или технологических процессов тепло.

Transpired_Solar_Air_Collector_Operations_Schematic_(vector).svg

Как правило, наиболее экономически эффективным из всех солнечных технологий, особенно в коммерческих и промышленных приложений, и посвящен крупнейшим использования энергии в строительстве отопления климате, который отопления помещений и промышленного процесса нагрева.
Солнечные коллекторы воздуха может быть принято делить на две категории:
Неглазурованный Коллекционеры воздух или солнечный коллектор выяснилось (используется в основном для нагрева окружающего воздуха в коммерческих, промышленных, сельского хозяйства и перерабатывающей приложений)
Застекленная солнечные коллекторы (рециркуляции типов, которые обычно используются для отопления помещений).

Застекленная воздушная система

Функционирование таким же образом, как и обычный принудительной воздушной печи, системы подачи тепла путем рециркуляции кондиционером воздуха в здание через солнечные коллекторы — солнечные коллекторы . Благодаря использованию энергии собирающей поверхности поглощать тепловую энергию солнца, воздуха и каналов вступить в контакт с ним, простым и эффективным коллектора могут быть сделаны для различных систем кондиционирования и технологических процессов.
Солнечная воздушный тепловой коллектор, плоский коллектор Воздушный плиты, от солнечных батарей печей, установленных на вертикальной стене на дом для оптимальной работы зимой и летом минимизировать производительности для предотвращения перегрева.

SPF солнечных воздушных Теплоколлекторов

Простой солнечный коллектор состоит из воздуха адсорбционный материал, иногда имеющие селективные поверхности , чтобы захватить излучение от солнца и передает тепловую энергию в воздух за счет теплопроводности теплопередачи. Этот нагретый воздух Канальные к зданию пространстве или в рабочую зону, где нагретый воздух используется для отопления помещений или технологических нужд отопления.

Типы сборщика

В силу различных воздушных каналов методов, коллекторы обычно классифицируются как один из трех типов:
а) проходных коллекторов,
б) передний проход,
в) заднего прохода,
г) сочетание переднего и заднего прохода коллекционеров.

Проходной коллектор воздуха

В проходных конфигурации воздух Канальные на одну сторону поглотителя проходит через перфорированную или волокнистый материал типа и нагревается с проводящими свойствами материала и конвективного свойства движущегося воздуха. Проходного поглотители имеют наиболее площадь поверхности, которая позволяет относительно высокие скорости передачи проводящих тепло, но значительное падение давления может потребовать большей мощности вентилятора, и ухудшение определенного материала поглотителя после многих лет солнечного облучения может дополнительно создать проблемы с качеством воздуха и производительность .

Задний, передний и сочетание воздушного канала коллектора

 

В обратный проход, передний проход, а сочетание конфигураций типа воздух направляется либо на задней, передней, либо на обеих сторонах поглотителя быть нагрет от возвращения к сети воздуховодов заголовков.220px-GTAA_-_SolarWall Хотя прохождение воздуха на обеих сторонах поглотителя обеспечит большую площадь поверхности для кондуктивного переноса тепла, проблемы с пылью (обрастания) может возникнуть из проходящего воздуха на передней стороне абсорбера что снижает эффективность абсорбер, ограничивая количество солнечного света, полученный . В холодном климате, воздух, проходящий рядом с остекления дополнительно вызывает большие потери тепла, что приводит к снижению эффективности работы коллектора.

Воздушные тепловые приложения

Различные приложения могут использовать солнечные технологии тепла воздух, чтобы уменьшить углеродный след от использования традиционных источников тепла, например, ископаемое топливо , чтобы создать устойчивое средство для производства тепловой энергии. Такие приложения, как отопление помещений , тепличных расширение сезона, подогрев вентиляции состав воздуха или технологического тепла можно решить с помощью солнечного тепла устройствах воздух. В области «солнечного когенерации ‘солнечные тепловые технологии в паре с фотовольтаики ( PV), чтобы увеличить эффективность системы охлаждения PV панелей для улучшения их электрических характеристик одновременно нагревания воздуха для отопления помещений.

Применение- космическое отопление

Отопление помещений для жилых и коммерческих зданий может быть сделано за счет использования солнечных батарей отопления воздух. Эта конфигурация работает, опираясь воздух из оболочки здания или из внешней среды и передачи его через коллектор, где воздух нагревается за счет теплопроводности из абсорбера, а затем подается в жилые или рабочего пространства, путем пассивного средствами или с помощью вентилятора.220px-Solar_Air_Heat_Collector
Вентиляция, свежий воздух или макияж воздуха требуется в большинстве коммерческих, промышленных и административных зданий для удовлетворения требований Кодекса. По пропускания воздуха через правильно спроектированной неглазурованными выяснилось коллектор воздуха или обогревателя солнечного подогрева свежего воздуха может уменьшить тепловой нагрузки в дневное время операции. Многие приложения в настоящее время устанавливаются, где выяснилось коллектора подогревает свежий воздух, поступающий вентилятор рекуперации тепла сократить время размораживания ВСР автора. Чем выше ваш вентиляцию и температуру лучше ваш срок окупаемости будет.

Технологическое оборудование

Солнечное тепло воздуха также может быть использован в процессе приложений, таких как сушки белья, сельскохозяйственных культур (например, чай, кукуруза, кофе) и другие сушильные приложений. Воздух, нагретый посредством солнечного коллектора, а затем передаются через среду, подлежащего сушке, может обеспечить эффективное средство с помощью которого можно уменьшить содержание влаги в материале.